通过异质界面构建和晶界修饰增强的开放框架富氟化物固体电解质，用于钠金属电池

《Chemistry of Materials》：Open-Framework Na-Rich Fluoride Solid Electrolytes Reinforced by Heterointerface Construction and Grain-Boundary Decoration for Na Metal Batteries

采用低温离子液体法合成纳米结构Na3AlF6/Na5Al3F14二元相钠基固态电解质，通过异质界面构建和晶界修饰提升离子电导率至10^-4 S/cm，实现钠金属负极140次循环无枝晶生长，为高导钠固态电解质提供新方案。

　　

固态钠金属电池因其丰富的资源和较高的能量密度，被认为是下一代有前景的电化学储能系统之一。开发新型钠基固态电解质原型和定制的合成策略具有重要意义。氟化物钠离子（Na⁺）固态电解质有望具有最佳的空气稳定性和最宽的电化学稳定窗口，但其较低的离子导电性（室温下通常为10^–6至10^–7 S/cm）仍然是一个缺点。在这项研究中，我们报道了一种利用低温离子液体（IL）方法合成纳米结构的富钠氟化物固态电解质Na₃AlF₆/Na₅Al₃F₄的方法，这两种电解质都具有开放框架结构。这种电解质通过异质界面构建和晶界修饰得到了双重强化。固化的离子液体衍生物可以作为原位粘合剂，包裹氟化物纳米颗粒，从而增强整个电解质的强度，并降低其在电化学循环过程中的开裂和粉碎倾向。在电解质颗粒中，不同的Na₃AlF₆/Na₅Al₃F₁₄纳米相相互接触，Na₃AlF₆与Na₅Al₃F₁₄之间的界面使得Na⁺的传输更加迅速，扩散能垒更低。Na₃AlF₆/Na₅Al₃F₄在40 °C时的离子导电性达到了10^–4 S/cm的水平，是目前已实现的钠氟化物固态电解质中最高的导电性之一。这种氟化物固态电解质对钠金属具有优异的电化学稳定性，在循环后钠阳极表面没有形成枝晶，这得益于在阳极与电解质界面形成了均匀的NaF、NaCl和Na₃N作为Na⁺的导电组分。固态Na/Na₃AlF₆/Na₅Al₃F₁₄/Na₃V₂(PO₄)₃电池在60 °C下可提供109 mAh/g的容量，并且至少可以稳定运行140次循环。通过对异质界面和颗粒边界进行多尺度原位改性以加速离子迁移，为高导电性的纳米结构电解质在可持续固态电池中的应用提供了解决方案。